La mécanique quantique intègre des propriétés très peu intuitives de la matière. Superposition quantique, par exemple, permet à un atome d'être simultanément dans deux états différents avec son axe de rotation pointé vers le haut et vers le bas, ou des combinaisons entre les deux. Un ordinateur qui utilise la manipulation mécanique quantique d'atomes ou de particules a donc beaucoup plus d'options possibles qu'un ordinateur conventionnel qui fonctionne avec des "zéros" et des "uns" et n'a que deux choix, appelés bits. La mémoire d'un ordinateur quantique utilise à la place ce qu'on appelle des bits quantiques - des qubits - et chaque qubit peut être dans une superposition de ces deux états. Par conséquent, les physiciens théoriciens estiment qu'un ordinateur quantique avec seulement une centaine de ces qubits pourrait en principe dépasser la puissance de calcul des puissants ordinateurs classiques actuels. Construire un ordinateur quantique est donc l'un des principaux objectifs technologiques de la physique et de l'astrophysique modernes.

le physicien du CFA Hannes Pichler, de l'Institut d'Atomique Théorique du CfA, Physique Moléculaire et Optique (ITAMP), et trois collègues ont proposé une nouvelle façon de construire un ordinateur quantique en utilisant un seul atome. Les quanta de lumière (photons) peuvent être utilisés comme supports d'information et agir comme des qubits, mais pour les utiliser dans un ordinateur quantique, ils doivent interagir les uns avec les autres.

Sous des conditions normales, cependant, la lumière n'interagit pas avec elle-même et le défi est donc de créer des corrélations entre elles. L'idée clé de leur nouvel article est de permettre aux photons lumineux d'un atome d'interagir avec leurs propres réflexions d'image miroir. Les photons émis par l'atome sont réfléchis par le miroir et peuvent à nouveau interagir avec l'atome mais avec un très léger retard. Ce retard, les scientifiques montrent, a pour résultat que la forme d'onde combinée des photons est si complexe qu'en principe tout calcul quantique peut être réalisé en mesurant simplement les photons émis.

La découverte théorique n'est pas seulement une percée conceptuelle dans l'optique quantique et l'information, il ouvre la porte à de nouvelles technologies. En particulier, la configuration à un seul atome proposée est attrayante car elle minimise les ressources nécessaires et ne repose que sur des éléments qui ont déjà été démontrés dans des expériences de pointe.